Фреон, работа кондиционера

 

 

Вар.	Q0,Qв кВт	tвхи   °C	tвыхи   °C	tвхк   °C	tвыхк   °C	∆tи   °C	∆tк   °C	∆tп.о.   °C	ηi	ηэл	хол. агент
9	Qо=289	-12	-17	20	28	3	5	10	0,78	0,92	R717

 

Холодный агент —  аммиак.

 

 

 

      Часть  1.

Определение параметров и термодинамического состояния  в характерных точках цикла. Система удельных показателей для реальной установки. Тепловой баланс.

 

№ точек	t, °C	р,  МПа	υ,  м³/кг	h,  кДж/кг	S, кДж/кг×К	ТДС
1	-20	0,1901	0,623	1737,5	6,9
2	170	1,275	0,16	2152,6	7,17
2′	135	1,275	0,141	2061,3	6,9
3	33	1,275	1,693*10-3	655,9	2,533
4	23	0,943	1,651*10-3	607,7	2,376
5	-20	0,1901	0,094	607,7	2,43
6	-20	0,1901	0,116	655,9	2,62
7	33	1,275	0,101	1786,7	6,227
8	-20	0,1901	1,5*10-3	408,8	1,65

 

1.  Определение  температуры кипения (tо).

tо = t^вых_и - ∆t_и

tо = -17 – 3 = -20 °C

t0 = t8 = t5 = t6 = t1 = - 20

∆t_лог = (∆t_б - ∆t_м) / ln(∆t_б/∆t_м)

∆t_лог = (8 – 3) / ln(8/3) = 5,1 °C

 

2.  Определение  температуры конденсации.

 

tк = t^вых_к - ∆t_м

tк = 28 + 5 = 33 °C

tк = t3 = t7 = 33 °C

∆t_лог = (∆t_б - ∆t_м) / ln(∆t_б/∆t_м)

∆t_лог = (13 – 5) / ln(13/5) = 8,38 °C

t4 = t₃ - ∆t_п.о.

t4 = 33 – 10 = 23 °C

 

Точка 2´.

рк = р3 = р7 = р2´ = р2

S1 = S´2

Точка 2.

h2 = h1 + (h2´ - h1)/ η_i

h2 = 1737.5 + (2061.3 – 1737,5) / 0,78 = 2152,6 кДж/кг

Точки 5 и 6.

0<Х5<Х6<1

 

Процесс 4-5 и 3-6 – дросселирование. Условием дросселирования является:

h4 = h5

h3 = h6

х5 = (h5 – h8)/(h1 – h8)

х5 = (607,7-408,8)/(1737,5-408,8) = 0,149

х6 = (h6 – h8)/(h1 – h8)

х6 = (655,9-408,8)/(1737,5-408,8) = 0,185

x5,6 = (S5,6 – S8) / (S1 – S8)

S5 = (S1 – S8)×x5 + S8

S5 = (6,9-1,65)×0,149+ 1,65 = 2,43

S6 = (S1 – S8)×x6 + S8

S6 = (6,9-1,65)×0,185 + 1,65 = 2,62

υ5 = (υ1 – υ8)×x5 + υ8

υ5 = (0,623-1,5*10^-3)×0,149 + 1,5*10^-3= 0,094

υ6 = (υ1 – υ8)×x6 + υ8

υ6 = (0,623-1,5*10^-3)×0,185 + 1,5*10^-3= 0,116

 

3. Основные  технико-экономические показатели.

 

Массовый  расход рабочего агента.

М = Qо/qо

qк = h2 – h3 = 2152,6-655,9 = 1496,7 кДж/кг

qпо = h3 – h4 = 655,9-607,7 = 48,19 кДж/кг

М = 289/1129,8=0,25  кг/с

Объёмная производительность компрессора.

V0 = M × υ1

V0 = 0,25*0,623 = 0,15 м³/с

Расчётная тепловая нагрузка конденсатора.

Qк = M × qк

Qк = 0,25*1496,7 = 374,17 кВт

Расчётная тепловая нагрузка переохладителя.

Qпо = M × qпо

Qпо = 0,25*48,19 = 12,04 кВт

Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного  холода.

Эх = l / qо = lкм / [ηэл × qо]

lкм = h2 – h1 = 2152,6-1737,5 = 415,1

Эх = 415,1 / [0,92 × 1129,8] = 0,39

Электрическая мощность компрессора.

Nэ = Qо × Эх

Qк = QВ

Nэ = 289*0,39 = 112,71 кВт

Холодильный коэффициент.

Ех=1/Эх

Ех = 1 / 0,39 = 2,56

Средняя температура нижнего источника тепла.

ТН ср = (t^вх_и + t^вых_и) / 2 + 273

ТН ср = -12+ (- 17) / 2 + 273 = 258,5 К

Удельный  расход электроэнергии.

Эн = 1 /qo=Тк вх / Тн ср

Эн =  0,133

КПД установки.

η^+по = Эн × Ех × 100%

η^+по = 0,133 × 2,56 × 100% = 34,04 %

 

Принимаем qпо = 0.

 

Массовый расход рабочего агента.

М = Qо/qо

М = 289/1081,6 =0,267 кг/с

Объёмная  производительность компрессора.

V0 = M × υ1

V0 = 0,267 × 0,623 = 0,166 м³/с

Расчётная тепловая нагрузка конденсатора.

Q0 = M × q0

qк = h1 – h6 = 2152,6 – 655,9 = 14,96

Qк = 0,267× 1496,7 = 399,61 кВт

Расчётная тепловая нагрузка переохладителя.

Qпо = 0

Удельный расход электроэнергии на единицу выработанного  холода.

Эх = l / qо = lкм / [ηэл × qо ]

Эх = 415,1 / [0,92 ×1081,6] = 0,417

Электрическая мощность компрессора.

Nэ = Qо × Эк

Qо= QВ

Nэ = 289 × 0,417 = 120,51 кВт

Холодильный коэффициент.

Eх=1/Эх=1/0,417=2,39

Средняя температура нижнего источника  тепла.

ТН ср = (t^вх_и + t^вых_и) / 2 + 273

ТН ср = -12+(-17) / 2 + 273 = 258,5 К

Удельный  расход электроэнергии.

Эн =l /qo=Tк вх /Тн ср-1

Эн =0,133

КПД установки.

η = Эн × Ех × 100%

η = 0,133 × 2,39 × 100% = 31,787 %

∆ = η^+по -  η = 34,04 – 31,787 = 2,253%

 

 

5. Выбор оборудования.

- выбор компрессора

Компрессор выбирается по описываемому объёму

Vп = V0 / λ

λ – коэффициент подачи компрессора.

рк/р0 = 1,275/0,1901=6,707

V0 = 0,15 м³/с = 540 м³/ч

λ = 0,77

Vп = 540 / 0,77 = 701 м³/ч

Выбираю компрессор марки: АУУ90   Vп = 855 м³/ч

 

- выбор конденсатора

Конденсатор выбирается по площади.

F = Qк / (К × ∆t_лог)

К – коэффициент теплопередачи.

К = 1500 Вт/(м² × К)

F = (374,17) / (1500 × 8,38) = 29,8 м²

Выбираю конденсатор  марки: КТТ – 32; F = 32 м²

 

- выбор испарителя

Испаритель.

F = (Q0 ) / (К × ∆t_лог)

К = 580 Вт/(м² × К)

F = 289000 / (580 × 5,1) = 97,7 м²

Выбираю 2 испарителя марки: ИКТ-50; F=54 м²

 

- выбор переохладителя

Переохладитель.

F = Qп.о.  / (К × ∆t_п.о.)

К = 1500 Вт/(м² × К)

∆t_п.о. = 10 °C

F = 12,04×10³ / (1500 × 10) = 0,8 м²

Выбираю переохладитель марки: 5ПП, F = 4,86 м²

 

- выбор центробежных  насосов

а) Контур конденсатора.

υ0 = Qк / (с×ρ×∆t_к)

∆tк = t^вых_к - ∆t^вх_к = 28-20 = 8 °C

ρ = 999,4 кг/м³

с = 4,1894 кДж/кг×К

υ0 = 374,17 /(999,4×4,1894×8) = 0,011 м³/с

V = υ0 × 3600 = 39,6 м³/ч

 

б) Контур испарителя.

υ0 = Q0 / (с×ρ×∆t_и)

∆tи = t^вх_и - ∆t^вых_и = -12 – (-17)= 5 °C

ρ = 1175 кг/м³

с = 3,312 кДж/кг×К

υ0 = 289 /(3,312×1175×5) = 0,0,14 м³/с

V = υ0 × 3600 = 50,4 м³/ч

 

Для контура  конденсатора выбираю насос марки:

3К-45/30а(3К-9а); производительностью  39,6 м³/ч – рабочий.

3К-45/30а(3К-9а); производительностью  39,6 м³/ч – резервный.

 

Для контура  испарителя выбираю насос марки:

3К-45/30(3К-9); производительностью  50,4 м³/ч – рабочий.

3К-45/30(3К-9); производительностью  50,4 м³/ч – резервный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть.

Принцип работы кондиционера

Сплит системы 

Принцип работы кондиционера основан  на свойстве жидкостей выделять тепло при конденсации (переходе из газообразного состояния в жидкое) и поглощать — при испарении. Чтобы понять, откуда в кондиционере берется холод, рассмотрим состав сплит-системы (вообще говоря, любой кондиционер состоит из одинаковых узлов, только они могут быть расположены в одном или нескольких блоках):

Конденсатор — теплообменник, в  котором происходит переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация). Расположен в наружном блоке;

Испаритель — теплообменник, в  котором происходит переход фреона из жидкой фазы в газообразную (испарение). Расположен во внутреннем блоке;

Вентилятор — предназначен для  ускорения теплообмена между  испарителем (конденсатором) и окружающим воздухом.

Компрессор — повышает давление фреона до давления, при котором он конденсируется, поддерживает движение фреона по холодильному контуру;

ТРВ (терморегулирующий  вентиль) — дроссельное устройство, понижающий давление фреона до давления испарения. Устанавливается перед  испарителем;

Соединительные медные трубы, которые вместе с остальными устройствами образуют замкнутый холодильный контур.

 Внутри холодильного  контура постоянно циркулирует  специальное вещество — хладагент,  в качестве которого обычно  используется фреон. Поскольку  фреон является сильным обезжиривателем, в холодильный контур всегда добавляют небольшое количество масла для смазки компрессора, иначе компрессор просто заклинит.

 Для того, чтобы  внутренний блок стал источником  холода, фреон в жидком виде  должен постоянно поступать на  вход испарителя и там испаряться. Для поддержания этого процесса необходим компрессор. В процессе работы сплит-системы компрессор сжимает газообразный фреон, который поступает в него с выхода испарителя (температура фреона 15-20°С, давление — 3-5 атмосфер). Компрессор сжимает хладагент до давления в 20-25 атмосфер, а поскольку при сжатии любой газ нагревается, температура фреона увеличивается до 80-90°С. Горячий фреон под высоким давлением попадает в конденсатор, который обдувается потоком наружного воздуха с температурой, не превышающей 43°С (максимальная температура наружного воздуха для большинства кондиционеров). В результате фреон остывает, что сопровождается его переходом в жидкое состояние с выделением дополнительного тепла. Таким образом, на выходе из конденсатора образуется жидкий фреон, температура которого на 10-15°С выше температуры наружного воздуха.

 После конденсатора  хладагент попадает в дроссельное  устройство (ТРВ), который в простейшем  случае выполняется в виде  тонкой медной трубки (капилляра). ТРВ понижает давление фреона до 3-5 атмосфер, что сопровождается понижением температуры фреона до 5-7°С. Далее хладагент поступает в испаритель, нагревается и испаряется, а воздух, проходящий через испаритель  — охлаждается. После этого газообразный фреон поступает на вход компрессора и процесс повторяется.

 Теперь, зная принцип  работы кондиционера, будет проще  понять основные причины возникновения  неисправностей. Одна из наиболее  серьезных проблем в работе  сплит-системы возникает в том  случае, если хладагент в испарителе не успевает нагреться и перейти в газообразное состояние. В этом случае компрессор мгновенно выходит из строя, поскольку на его вход попадает жидкость, которая, в отличие от газа, является несжимаемой. Чаще всего это происходит из-за включения кондиционера зимой (в испаритель попадает слишком холодный фреон) или из-за грязных фильтров (ухудшается теплообмен).

 

Испарители  для охлаждения воздуха

Воздушные испарители - это  теплообменники с одним или несколькими (4-6) рядами трубок. Внутри трубок протекает хладагент, а между ребрами испарителя (вне трубок) - охлаждаемый воздух.

 Чаще всего испаритель  для охлаждения воздуха состоит  из оребренных медных трубок  диаметром 8 - 13 мм (5/16", 3/8" и 1/2") с расстоянием между ребрами  1.4 - 1.8 мм. Медь используется потому, что ее легко обрабатывать, она не окисляется и имеет высокую теплопроводность. Оребрение обычно выполняется из алюминия.

Если мощность холодильной  машины достаточно велика, то воздушные  испарители делаются с двумя или  несколькими контурами охлаждения. Каждый контур имеет независимый подвод хладагента с помощью распределителя, соединенного с ним тонкими трубками. Все контуры заполняются равными количествами хладагента.

Поток воздуха равномерно распределяется по теплообменнику, исключая обледенение отдельных участков испарителя.

Чтобы достичь наилучшего качества и стабильности работы испарителя холодильной машины, мощность должна составлять 3-7 кВт на каждый контур теплообмена (при использовании  наиболее распространенного хладагента R-22).

От объема охлаждаемого воздуха зависит размер испарителя. Объем воздуха составляет около 195 куб.м./час на каждый кВт холодопроизводительности установки. Общая холодопроизводительность испарителя определяется температурой испарения хладагента (постоянной, заданной при проектировании холодильной машины), и температурой поступающего воздуха (зависит от условий работы).

Скорость потока воздуха, поступающего в испаритель, обычно 2-3 м/с. Если скорость будет выше, то капли конденсата могут проскакивать на выходе теплообменника.